重大科技基礎設施集中體現了當代科學技術發展的最高水平，代表了探索未知世界、發現自然規律、實現技術變革的極限能力，是突破科學前沿、解決經濟社會發展和國家安全重大科技問題必不可少的基礎條件。重大科技基礎設施在一定程度上代表國家科技水平、創新能力和綜合實力，是世界科技強國的重要標誌。
一
重大科技基礎設施的重大作用和意義
當前，人類經濟社會發展面臨資源、能源、環境、健康等一系列瓶頸制約，依賴科技進步破解瓶頸制約的需求日益緊迫。新一輪科技革命和產業變革孕育興起，正在以全面的科技創新，驅動社會經濟發展方式和人類生產生活方式產生深刻鉅變，重塑世界競爭格局，對今後相當長一段時期內各國各民族的前途命運產生重大和深遠影響。
在人類不懈探索和認識自然的科學進程中，物質結構、宇宙演化、生命起源、意識本質等基礎前沿科學領域正在發生或醞釀重大突破。每一項重大突破的誕生，都伴隨著人類探索未知的極限能力達到新的高度。重大科技基礎設施對這些基礎前沿科學發展發揮了核心作用，也是進一步實現重大科技突破必不可少的支撐條件。中國要建設世界科技強國，責無旁貸地要在重大科技基礎設施建設和發展方面主動作為，做出應有的貢獻。
2015年10月26日，習近平總書記在《關於〈中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議〉的說明》中強調，“提高創新能力，必須夯實自主創新的物質技術基礎，加快建設以國家實驗室為引領的創新基礎平臺” ［1］，《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》將加快國家重大科技基礎設施建設作為提升創新基礎能力的重要方面，提出要依託現有先進設施組建綜合性國家科學中心，把對重大科技基礎設施重要性的認識提升到空前高度［2］。
在實施創新驅動發展戰略和建設世界科技強國的偉大進程中，重大科技基礎設施是突破國家經濟社會可持續發展和國家安全許多瓶頸制約的利器；是國家搶佔科技制高點、引領重要科技領域、開拓新興交叉領域的重器；是突破關鍵核心技術、催生高新技術、開闢新的經濟增長點的發動機；是集聚和培養世界級高端人才、建設國際一流科研機構、開展高水平國際科技交流與合作、打造世界科學中心的重要基礎；也是我國在人類探索和認識自然的征程中做出歷史性貢獻、彰顯大國形象與強國地位的重要標誌。
二
重大科技基礎設施發展現狀及趨勢
從國際上看，重大科技基礎設施出現於20世紀中期，直至20世紀末，一直處於平穩發展的狀態。從世紀之交開始，隨著新科技革命的興起，全球範圍內的重大科技基礎設施再次呈現迅速發展的新態勢。
1、重大科技基礎設施建設發展的國際競爭加劇
各發達國家都高度重視重大科技基礎設施的發展，紛紛制定長遠規劃並大力推進實施。近十幾年來，一批高性能、新一代或新型設施投入運行，將人類認識自然的能力和開展廣泛領域創新性研究的能力提升到空前高度。依靠重大科技基礎設施提供的嶄新或顛覆性研究手段，人類不斷產生各種顛覆性技術，推動科技發展和產業變革，為人類破解各方面發展的瓶頸開闢廣闊道路。在基礎科學領域，依託重大科技基礎設施取得了以發現希格斯粒子和成功探測引力波為代表的歷史性突破，成為人類探索自然漫長征程的重要里程碑。
今後相當長的一段時期裡，重視重大科技基礎設施的建設和發展，仍將是科技發展趨勢中的主旋律。這當中的一個新特徵是，國際競爭日益激烈，搶奪制高點，已成為各國重大科技基礎設施的重要著眼點。在能源、生命與健康、地球系統與環境、材料、工程技術等學科領域，搶佔突破科學前沿和發展戰略性高新技術的制高點，進而佔據引領世界經濟發展的有利地位，已成為發達國家相關重大科技基礎設施的發展目標。
以多學科應用的平臺型裝置為例。當前，人類已進入物質調控時代，從分子、原子、電子、自旋態的水平來認識，進而調控物質，使其具有期望的功能和性能，將為人類開發豐富、高效、潔淨能源，研究與開發環境友好的材料、工藝和技術，發明高性能和特殊功能的材料和器件，以及發展極大提高人類健康水平的衛生和醫療技術提供前所未有的機會［3］。為了搶佔物質調控研究的制高點，發達國家正在競相規劃和建設性能極大躍升的新一代同步輻射光源，向衍射極限的目標推進；高性能硬X射線自由電子激光裝置的競爭同樣激烈；歐洲5兆瓦散裂中子源動工興建，以期奪回因美國建設1.4兆瓦散裂中子源而失去的優勢。美國能源部基礎能源科學諮詢委員會的一份報告［4］，在評估這些發展情勢後指出，“很顯然，國際上建造衍射極限同步輻射和新的自由電子激光的努力，在下一個十年將嚴重地挑戰美國的領導地位”“基礎能源科學辦公室應確保奪回自己的世界領導地位”。其字裡行間瀰漫著國際競爭的濃烈火藥味。
與此同時，粒子物理和核物理、天文學等重大科學前沿領域，正處於暗物質和暗能量等重大突破的前夜，各科技強國都以率先取得突破為目標，確定各有特色的科學計劃，抓緊建設相關研究設施。在此過程中，各國還及時根據發展態勢，特別是競爭對手的動態，有針對性地調整設施建設方案和科學研究計劃，競爭之激烈前所未有。
2、應用領域向能源、資源生態環境、生命與健康等擴展
重大科技基礎設施的應用領域，從傳統的物理學和天文學等少數學科，迅速向能源、資源生態環境、生命與健康等擴展。一方面反映出這些學科或領域已逐漸形成“大科學”研究方式，進而導致對研究條件提出更高的需求；另一方面也反映出在新的社會變革中，依託重大科技基礎設施破解全局性、整體性重大科技問題的需求顯著增強。
為此，各國政府在繼續重視傳統“大科學”領域設施發展的同時，著力加強新領域設施的佈局建設，並對能源、全球氣候變化和生態環境等需要協同建設的重大科技基礎設施積極組織開展國際合作研究。
3、我國重大科技基礎設施發展現狀及需要關注的問題
我國重大科技基礎設施的發展態勢與國際發展態勢基本一致，但也具有一些自身的特點，還有一些需要特別關注的問題。
過去十年，在國家的重視與支持及科技界共同努力下，我國重大科技基礎設施快速發展，取得顯著成績。設施建設加快向體系化方向發展，投入運行和在建設施總量近50個。新建設施的技術水平和科學產出水平世界矚目。例如，EAST是世界上首個全超導託卡馬克實驗裝置，成為國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃穩態物理重要的前期實驗平臺；大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）、FAST等天文觀測裝置的多項技術性能達到國際領先水平；長短波授時系統守時、授時水平長期保持在國際前列。依託重大科技基礎設施，中微子物理研究、粲物理研究、等離子體聚變實驗研究等多個方向處於國際領先地位，湧現了發現新的中微子振盪模式和四夸克候選粒子，實現穩態長脈衝高約束等離子體運行超百秒等一批重大成果；利用同步輻射光源平臺裝置，取得了諸如發現外爾費米子、破解埃博拉病毒入侵人體細胞機理等重要研究成果。
在能源、生命、地球系統與環境、材料、工程技術等領域，我國較早建成的重大科技基礎設施，如遙感衛星地面站、長短波授時系統、海洋科學綜合考察船、大陸構造環境監測網絡等，在載人航天、資源勘探、防災減災和生物多樣性保護等方面發揮了不可替代的作用。
在《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃（2012-2030年）》的指導下，我國在繼續重視傳統領域設施發展的同時，進一步加強了對上述領域設施的部署，已經規劃和部署建設的重大科技基礎設施近20個。
同時，我國的多個重大科技基礎設施發揮了帶動和輻射區域創新發展的積極作用，在支持推進產業轉型發展和創造新的增長點方面取得前所未有的成效，為創新驅動發展做出了重要貢獻。在國家和地方政府的支持下，北京、上海、合肥等基於重大科技基礎設施群的綜合性國家科學中心正在加快建設。這必將強有力地促進我國科學技術的快速發展，加速經濟社會發展。
總體來說，我國重大科技基礎設施建設進展良好，但仍存在一些不足。首先，我國重大科技基礎設施的發展水平與先進科技強國相比仍然存在較大差距，與創新驅動發展戰略需求還有較大距離。其次，由於多方面原因，一些領域或重要方向的設施佈局仍為空白，將影響相關科學研究的發展。最後，由於一些新興領域裡許多設施的形態與傳統的大科學裝置差別很大，其科學價值的體現、建設組織方式、運行模式、管理體制等眾多方面都有強烈的自身特點。對這些問題和挑戰，科技界和管理部門尚需加強研究，準確、全面認識和把握，同時堅定不移地加快發展，從設施體系的完整性、總體規模和技術水平等多方面，大力提升國家重大科技基礎設施的體系化和支撐能力，特別是有力推動新興領域設施科學、有效發展，最大限度地提高設施建設運行的效率和效益，在激烈的國際競爭中實現從跟蹤到引領的跨越。
三
我國重大科技基礎設施發展目標、佈局和路徑
重大科技基礎設施從規劃、立項、建設，直至建成投入運行、發揮效益，一般需要6-10年時間。如果計入醞釀策劃和預先研究，時間還要長得多。因此，必須充分考慮這一特徵，加強戰略研究，前瞻規劃佈局。這裡主要著眼世界科技強國建設目標，依據國家對重大科技基礎設施發展的近中期規劃部署，嘗試描述至2050年我國重大科技基礎設施相應的建設與發展目標，並基於對國內外科技發展新態勢和國家創新發展新要求的分析研判，探討促進本領域未來創新發展的戰略選擇。
1、2020年發展目標及路徑選擇
到2020年，重大科技基礎設施領域佈局基本完善，設施體系初步形成。薄弱領域明顯加強，優勢方向進一步鞏固和發展。設施總體技術水平進入國際先進行列，一批設施的性能居國際領先地位。有效支撐前沿科技領域開展突破性和原創性研究的能力顯著增強，基本建成若干綜合性國家科學中心。設施整體國際影響力和地位顯著提高，為我國進入創新型國家行列提供有力支撐，為進入創新型國家前列和建設世界科技強國奠定堅實基礎。
由於從現在到2020年僅有3年時間，真正支撐實現2020年發展目標的是已投入運行和新近建成即將投入運行的設施。因此，重點是深化改革，加強管理，著力提升現有設施的能力和運行效率，充分發揮設施作用和效能，努力早出成果、多出成果、出好成果、出大成果。
1）狠抓建設管理，採取切實措施，確保2020年前完成“十二五”規劃項目，2020年後數年內完成“十三五”規劃項目。
2）加大支持力度，使新近建成或即將建成的FAST、中國散裂中子源（CSNS）等具有國際領先或先進水平的設施迅速進入高效的開放運行狀態，儘快產出高水平成果。
3）儘快解決我國已投入運行設施，包括即將建成投入運行的設施中較為普遍存在的配套能力不足、實驗研究終端系統薄弱等問題，大力提升設施的服務和支撐能力，充分發揮其效力。
4）加強戰略研究，謀劃推進國家重大科技基礎設施發展中長期規劃工作，完善規劃佈局和體系建設。
2、2035年發展目標及路徑選擇
到2035年，基本建成佈局完整的重大科技基礎設施體系，其技術水平和科技產出總體居世界前列，若干設施居國際領先地位，能夠全面支撐前沿科技領域開展原創性研究。設施的科技效益和經濟社會效益顯著，率先取得一批重大科學前沿突破，不斷為破解各種經濟社會發展制約瓶頸提供新知識、新途徑，不斷催生具有變革性、帶動產業升級的高新技術。在設施體系支撐下，基本形成若干具有顯著國際影響力的世界科學中心和對國家經濟社會發展有顯著帶動及促進作用的科技創新中心，為我國建設世界科技強國奠定更加堅實的基礎。
1）在2020年至2025年，陸續建成近30個性能先進的重大科技基礎設施，同時完善並顯著提高已有設施的性能與支撐服務能力，發揮其最大效益。
2）在建成投入運行設施總體數量達到50個左右、高水平設施達到30個左右的條件下，應以佔領科技競爭制高點、鞏固和發展競爭優勢、建設全球科學中心及國家創新高地為目標，努力產出一大批具有世界領先水平的原始創新成果。
3）在利用現有設施實施國家重點研發計劃項目“大科學裝置前沿研究”的同時，積極開展先期研究，確定利用重大科技基礎設施取得重大前沿突破和重要原始創新成果的主攻方向，並據此組織隊伍，開展預先研究，為搶佔國際創新高地做好充分準備。
4）總結經驗，科學籌劃，在重要新興領域，特別是在薄弱和空白的重要方向，部署和組織實施重大科技基礎設施建設項目。
3、2050年發展目標及路徑選擇
世界科技強國的重要標誌之一，就是建成佈局科學完善、支撐全面有力、性能和產出水平世界領先、管理體制和機制協同高效的重大科技基礎設施體系，依賴新思想、新原理、新技術發展一批具有世界領先水平的新型設施和新一代設施。在其強有力的支撐下，形成一批在世界上能夠引領和主導科學發展的國際化科學中心，形成我國在相關領域的全球科技競爭中全面領先的科技創新能力。以其為依託，形成一批科技創新高地，創生更多變革性高新技術，有力推動產品、產業升級和引領性發展，成為我國佔據全球經濟增長制高點的強大驅動力。同時，這些科學中心和知識創新高地也將成為全球高端人才的集聚地和國家複合型科技領軍人才的造就地。
1）吸引更多領域戰略科學家，以發展新型設施和提高設施水平為目標，開展相關的新思想、新原理、新技術研究，將基於“三新”的高性能設施的預先研究納入國家重大科技基礎設施建設規劃。
2）從2020年到2040年的4個五年間，根據需求的緊迫性和國際競爭態勢，依次部署建設一批（20個左右）性能處於世界領先或前列、有能力搶佔國際競爭戰略制高點的設施。規劃和建設中，應注重設施整體技術水平（而不是個別指標先進）和配套能力，使其建成後即可成為搶佔國際創新高地的生力軍。
4、若干領域方向的重點佈局
重大科技基礎設施涉及的學科和領域眾多，需要長期、廣泛、深入地研究，才能釐清所涉領域的科學技術問題和合理佈局。這裡重點對重大科技基礎設施在若干重點領域方向佈局的基本原則和一些共性問題進行簡要分析。
一是要分析現狀，對領域佈局的合理性、優勢與差距、已有規模及其與需求的差距、性能先進性和國際競爭力、建設效益和產出水平等各方面作出準確的判斷。只有找準起點，才能找對路徑，達到預定目標。二是要確定科學合理的發展路徑，只有通過比競爭對手更為高效的路徑，才能實現從落後到領先的超越。由於設施的建設期長，規劃佈局必須考慮路徑的前後銜接和關聯。三是要加強頂層設計。要充分理解國家需求，深入分析發展態勢，準確把握未來趨勢。在此基礎上，恰當選擇實現國際領先目標的突破口、優先佈局的重點領域方向。
1.高能物理與核物理、天文學中針對科學前沿的專用研究裝置
我國在這些領域已經擁有一批具有特色和特殊競爭優勢、在相關科學前沿處於國際前列甚至領先地位的裝置。近年又建成和部署建設若干世界領先的裝置。2035年前的進一步發展，應該從科學意義和已有基礎兩個方向考察，精心選擇有限目標，適度增加投入力度，部署新裝置的建設，從而鞏固已有優勢，擴大優勢領域。與此同時，加強對“三新”研究和新設施預先研究的部署，為2035年後的發展做好準備。2035年之後，待國家經濟實力提高到新的水平，再追求擴大優勢領域面，直至2050年達到全面領先水平。
應根據發展態勢的新變化，適時適度調整佈局，甚至包括具體設施的建設方案、技術路線及相應投資。當年BEPCII工程（北京正負電子對撞機重大改造工程）根據國際最新動向將建設方案調整為雙環方案，以增加不多的投資，繼續保持了競爭優勢，是一個成功的案例。
2.多學科平臺型裝置
多學科平臺型裝置主要包括同步輻射光源、散裂中子源、自由電子激光、綜合極端條件實驗裝置等。目前在重大科技基礎設施領域劃分中將其歸為材料領域。實際上，它們的應用極為廣泛，覆蓋生命與健康、資源生態環境、物質科學、新能源等諸多領域。
近十年，這類裝置在我國有了很大的發展，運行和即將建成投入運行的裝置達到5個，其中大部分達到國際先進水平。如瞄準世界前列的高性能自由電子激光和準衍射極限同步輻射光源已有部署，即將實施建設。
今後一個時期內，應集中精力建設好已部署的裝置，做好已有裝置配套的實驗系統後續建設和設施的高效利用，及時安排散裂中子源二期建設和高能準衍射極限同步輻射光源的二期建設，並部署低能區高性能同步輻射光源等新建項目。待已部署裝置建成投入運行後，再根據科技發展和應用需求，選擇確定下一步發展的目標。
3.新興應用領域的重大科技基礎設施
在能源、資源生態環境、生命與健康、工程科學等領域，我國從“十二五”開始部署了一批設施建設項目。建成後，這些領域的面貌將有望改觀。但總體上看，已部署設施先進性不夠顯著，支撐相關領域科技前沿創新發展的能力尚顯不足。今後一方面要合理安排這些設施的能力擴充建設，另一方面要在新建佈局中提高對設施性能的要求。
另外，這些領域在一些重要方向上設施的缺失應儘快填補。例如，能源領域的新能源研究設施、能源科學和環境科學交叉設施，生命與健康領域的研究資源共享利用的分佈式設施等。這些設施在許多國家和地區都受到極大關注。以歐盟2016年研究基礎設施路線圖為例［5］，在能源領域佈局了歐洲太陽能研究設施（EU-SOLARIS）、歐洲風能研究設施（WindScanner）、歐洲二氧化碳捕獲和存儲設施（ECCSEL）等；在生命與健康領域佈局了生物數據庫和生物分子資源設施（BBMRI）、生物信息設施升級（ELIXIR）、微生物資源設施（MIRRI）、海洋生物資源設施（EMBRC）等大量資源共享利用的分佈式設施。這些情況都可以作為我們的參考和借鑑。
四
促進我國重大科技基礎設施發展的戰略舉措和政策建議
1、堅持國家統一規劃建設重大科技基礎設施
必須繼續堅持國家主導，由國家統一規劃和部署重大科技基礎設施的建設，堅持國家科技發展的戰略目標和用戶需求導向相結合的原則，這也是國際上發達國家重大科技基礎設施建設的通行規則。
重大科技基礎設施的建設方案應當力求綜合性能先進，符合國情，綜合考慮用戶群體、建設隊伍和管理開放水平，加強論證，確保科學性、先進行、可行性。重大科技基礎設施的規劃必須考慮裝置的全生命週期，在重視新裝置的立項和建設的同時，必須統籌考慮它們的運行開放和維護、實驗終端的建設以及升級改造。要認真部署和實施重大科技基礎設施新建或改造升級的關鍵技術預研，這是確保工程順利建設、採用創新技術實現跨越發展和引領的關鍵。
積極探索地方政府參與重大科技基礎設施建設的多種機制，調動各方積極性，加快我國重大科技基礎設施的建設和應用水平。不應盲目追求設施單項指標的“世界第一”，避免一哄而上和低水平重複建設。
2、重視已建成設施的研究和應用成果產出
目前，我國已建和在建重大科技基礎設施的數量已處於世界前列，若干設施已經接近或處於國際先進水平。但多數平臺型裝置的譜儀數量和精度以及樣品環境還不能滿足用戶需求，與發達國家的同類裝置差距較大，而在科學研究、應用及產出方面的差距更為突出。
在繼續部署新建大科學裝置的同時，應當更加重視依託已建成的重大科技基礎設施，加強原創性重大科學問題研究，促進重大科技成果產出，同時積極推動面向國家戰略需求和國民經濟主戰場的重大應用成果產出。要加大對設施運行、研究和應用的支持，如儘快增建一些平臺型裝置的譜儀，並適時進行升級改造，保持其在國際上的先進性和競爭力。加強對已投入運行的大科學裝置科學研究和應用成果的評估，定期評估（每3-4年一次）其運行水平、開放和管理水平、科學和應用產出、用戶評價、經費情況、維護和改造升級需求等，特別注重檢查立項時科學和應用目標的實現程度。
3、設立大型科學研究平臺二期工程 “綠色通道”
對多學科交叉的大型科學研究平臺（如同步輻射光源、散裂中子源等）的二期工程（建設更多的譜儀和光束線站、樣品環境、實驗室設施等）的立項設立“綠色通道”。這些二期工程項目往往不要徵地，在環評方面一般也沒有變化。所以，在這些大型科學研究平臺投入運行並通過國家驗收後，應可立即申請二期建設，儘快發揮更大作用，而不必作為新項目參與每個五年規劃的項目競爭。
4、推動國家層面的發展戰略諮詢常態化
加強國家層面的重大科技基礎設施發展戰略研究和決策諮詢工作。以目前制定規劃時成立的諮詢委員會為基礎，適時構建具有固定任期的常設諮詢機構，形成常態化的諮詢工作機制。其主要任務：一是定期對全國重大科技基礎設施發展的狀況，包括管理運行工作進行評估，針對存在的問題提出改進建議；二是適時對設施建成後的後續發展需求，包括擴充建設和升級改造等工作進行評估，提出安排建議；三是組織開展新建重大科技基礎設施的規劃論證和評審，提供諮詢意見和建議。
研究編撰人員（按姓氏筆畫排序）
陳和生 金鐸 閻永廉 彭良強 曾鋼
參 考 文 獻
[1] 習近平.關於《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》的說明. http://www.xinhuanet.com/fortune/2015-11/03/c_1117029621.htm［2017-08-26］.
[2] 國家發展和改革委員會.國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要. http://www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbghwb/201603/P020160318573830195512.pdf［2016-3-18］.
[3] Basic Energy Sciences Advisory Committee， U. S. Department of Energy. Directing Matter and Energy: Five Challenges for Science and the Imagination. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc 900793/ ［2017-08-26］.
[4] Basic Energy Sciences Advisory Committee， U. S. Department of Energy. Report of the BESAC Subcommittee on Future X-ray Light Sources. https://wenku.baidu.com/view/41c63ab1172ded630 b1cb659. html ［2017-08-26］.
[5] European Strategy Forum on Research Infrastructures. Strategy Report on Research Infrastructures-Roadmap 2016. http://www.esfri.eu/roamap-2016［2017-08-26］.
本文內容來源於中國科學院著《科技強國建設之路：中國與世界》，內容有刪節。
《科技強國建設之路：中國與世界》
北京：科學出版社 2018.02
ISBN：978-7-03-054784-2
《科技強國建設之路：中國與世界》以科技強國建設戰略研究為主題，在回顧世界科技強國發展演進歷程的基礎上，重點研究了英國、法國、德國、美國、日本、俄羅斯等主要國家的科技發展戰略和國家創新體系，總結分析了其經驗教訓；在研究歸納科技強國基本特徵和關鍵要素的基礎上，分析了我國具備的基礎與優勢、面臨的形勢與挑戰，並根據黨的十九大戰略部署，從科技創新的戰略目標、重點任務與政策舉措等方面系統提出了一系列戰略性、針對性意見建議；從新時代國家創新發展戰略需求和世界科技發展前沿趨勢出發，提出加快若干重大創新領域/ 平臺發展的重點科技佈局和路徑、分階段發展目標與相關政策措施。
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